海上某油田微气泡工艺性能的优化提升

王潇，代齐加(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

某海上油田是整个油田群的中心枢纽，污水处理系统不仅要处理本平台的生产污水和水源井产水，还要接收处理上游无人平台和一个中心平台的生产污水，处理合格后全部回注地层。油田执行的是高标准的注水水质要求企业A1级。气浮选器作为污水流程处理的关键设备，其处理效果不佳将直接影响后续污水的深度过滤处理，造成出口水质不达标，不合格生产水污染地层，油井采收率下降，将严重影响安全稳定生产。作为气浮选器的核心部件，微气泡工艺的性能至关重要。随着该油田全面投入开发以后，污水处理量的逐步增多，负荷增加，原始设计的缺陷以及流程运行等综合因素，导致微气泡装置处理效率下降，出口水质存在超标现象，无法保证回注水的达标处理。为满足注水要求，该油田对微气泡工艺进行了一系列的性能优化改造，大幅度提高了生产水处理效果，最终实现“注好水，注够水，精细注水，有效注水”，并保证注水水质合格常态化。

1 微气泡工艺应用概况

油田气浮选器设置一套溶气式微气泡制备系统，如图1、图2所示。气浮清水室水经气浮循环泵增压后，进入到气体注入器中。同时带压气体经气体洗涤器过滤后也进入到气体注入器中。水相流、气相流在气体注入器中进行气水混合，形成的气水混合流进入到微气泡发生器中，在流体旋流状态下实现对气泡的切割细化筛分，最终生成带有大量微细气泡的溶气水，从微气泡发生器出口通过布液管线进入到气浮选器中。污水中的乳化油和分散的细小悬浮颗粒粘附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，排放至污油罐加以回收，从而达到从生产污水中去除含油和悬浮物的目的，最终实现水体净化。

图1 气浮选器流程简图

图2 微气泡工艺流程简图

2 性能优化提升措施

2.1 微气泡发生器节流问题治理

油田生产污水处理量约为2 000 m3/d。按照循环水量为处理水量10%的设计要求，流量应为8 m3/h，而实际生产运行中循环水量最高只有1 m3/h，溶气水流量仅为2 m3/h，远远不能满足正常处理要求。经过现场排查试验，发现影响水量的节流点主要在于微气泡发生器。在经过研究分析后，发现一是由于气浮选器入口加药流程带入絮状体，加上长期油泥结垢等造成微气泡发生器淤积堵塞，二是微气泡发生管孔眼较小过流较低。针对以上情况，开展下列措施进行处理。

(1)由于厂家专利保护，无法对微气泡装置全部拆检，现场采取将微气泡装置整体隔离清洗和杂质清理。首先进行清水冲洗，将气体注入器和微气泡发生器整体拆下，用公用站压力约500 kPa的清水对其冲洗。清水从设备出口进入，入口排出，其他管口用盲板封上，进行持续反冲洗。其次进行机械清理，隔离流程，拆除微气泡发生器进出口管线，使用钢丝、刀片和刷子等对9根微气泡发生管共计18个进出口孔进行淤积油泥的清理。最后进行酸洗浸泡，将气体注入器和微气泡发生器整体拆下，把经过调配稀释好的稀盐酸倒入设备，进行浸泡约6～8 h，最后用清水冲洗置换。

(2)对微气泡发生管重新开孔。现场使用电磨头和钻头对微气泡发生管的进口管进行开孔，共计在7根微气泡发生管上开孔，孔眼直径约为8 mm。实际有9根微气泡发生管，受限于内部结构的影响，距离进口最远的2根微气泡发生管无法开孔，如图3所示。

图3 微气泡发生器结构简图

进行上述处理后恢复微气泡系统并进行流量测试，在注入气能够注入的情况下，进水流量由原来的0.7 m3/h上升至6.8 m3/h，溶气水流量由2 m3/h上升至9 m3/h，现场取样观察，水样中含有大量微细气泡，气泡十分密集，水体颜色近似乳白色，且气泡在水样中的停留时间30 s以上再消失。根据油藏提供数据，为进一步验证该油田在后期注水配注量最大年份下(预计年注入量118.2万立方米，折算为135 m3/h)的微气泡生成是否良好，改用工业氮气瓶进行测试(注入气压力1 MPa)，测试得到进水流量13 m3/h，溶气水流量17 m3/h，按照循环水量与处理水量1∶10的设计要求，改造后可以满足该油田后期的开发生产要求，微气泡效果良好。

2.2 微气泡曝气管线堵塞治理

微气泡发生器内气液混和后形成的溶气水，通过罐体底部的3根曝气管线伸入气浮罐内，微气泡从曝气孔中进入气浮水体，在气泡上浮过程中吸附乳化油及悬浮物。为了增加水头损失，使溶气水释放更加均匀，曝气管孔径设计较小为2.5～3.0 mm。经过较长时间的运行，溶气水进入罐内的流量逐渐减少，水处理效果下降。经过现场排查分析，将问题锁定在曝气管线出现堵塞，孔径缩小所致。利用油田清罐机会进行进罐检修。人员对罐内的曝气管线进行检查，发现曝气孔出现不同程度的堵塞，有些孔眼堵塞严重已经完全封闭。通过对曝气管线进行检修，清理通堵曝气孔后进行回装并恢复流程运行。

通过进罐对曝气管的检修，保证了微气泡能够充分进入到气浮罐内的数量要求，大大增强了水质处理效果，通过持续关注微气泡发生器的运行状况，制定年度清洗检修计划，提高清洗频次，从而保证生产水水质达标处理。

2.3 微气泡发生装置气源改造

微气泡发生装置气源来自平台的燃气洗涤罐，操作压力在500 kPa左右，气浮循环泵出口压力在循环水量8 m3/h时，压力为620 kPa，经过现场试验排查，在排除管线积液及补气调节阀及旁通截止阀全开的影响因素后，确定由于泵压高于气体压力，两者压力不匹配，导致实际气体无法有效注入。气体和液体混合比例失调，影响微气泡生发效果和气浮选器进气泡要求，气泡大小不均且气量较少，携带水中含油及悬浮物性能下降，造成水质处理不达标。利用平台已有设备对注入气源流程进行优化改造。从燃气缓冲罐(操作压力3 400 kPa)引气，为微气泡发生器增加一路供气管线至气体洗涤器，并安装调节阀、节流孔板等部件，将气体压力控制在800 kPa，加大气体注入压力，使气、液两相进行充分接触，为微气泡发生装置提供稳定合格注入气源，增强注气效果，满足气浮对进气量及气泡的要求，提高处理能力。经过改造后对气浮出口水质重新取样化验，化验结果数据如表1所示。

表1 微气泡发生装置注入气源改造前后出口水质化验数据对比表

通过数据对比发现，对注入气源流程进行改造后，提高了微气泡发生装置的气体注入能力，明显改善了微气泡生成能力，溶气效果大幅提升，对于去除水中含油及悬浮物治理起到了良好的效果，处理指标较之前提升达20%。

3 结语

随着生态环保形势的越来越严峻，对海洋石油生产开发的要求也越来越高。该油田生产单元依靠自身技术与生产经验，通过深入全面的分析与研究，针对微气泡工艺应用于污水处理后出现水质不达标的现象，从减小微气泡节流，曝气管线解堵，注入气源流程改造3个方面采取了有效措施，充分保障了油田生产水处理和注水水质的达标，深刻践行了“在保护中开发、在开发中保护”理念。